CN110993294B - 一种平板变压器及用电设备 - Google Patents

Abstract

本发明适用于变压器技术领域。提供一种平板变压器及用电设备，平板变压器包括底座、形成第一磁路的第一磁性组件、形成第二磁路的第二磁性组件、形成第三磁路的第三磁性组件、谐振电感绕组、与谐振电感绕组相连的原边绕组、副边绕组、滤波电感绕组、输出绕组；谐振电感绕组绕设于第一磁路；原边绕组和副边绕组绕设于第二磁路，原边绕组、副边绕组及第二磁性组件组成主变压器；滤波电感绕组和输出绕组绕设于第三磁路，滤波电感绕组、输出绕组及第三磁性组件组成辅助变压器。本发明提供的平板变压器通过将谐振电感绕组、主变压器、滤波电感绕组及辅助变压器集成设置于一体，减少了变压器的电气元件数量和变压器的占用空间，同时降低了生产成本。

Description

一种平板变压器及用电设备

技术领域

本发明属于变压器技术领域，尤其涉及一种平板变压器及用电设备。

背景技术

随着电源技术的发展，小体积、高功率密度成为电源的追求目标和发展方向，而变压器作为电源的电压转换的核心组成部件，如何减小变压器的体积以减小变压器的占用空间也是目前亟待解决的问题。

现有技术中，诸多用电设备内需要设置变压器给用电设备内部的电池提供充电电压，同时还需要额外单独设置一个或多个变压器对除电池以外的用电器件提供工作电压。如电动汽车，一方面需要设置一个主变压器给车载电池提供充电电压，同时还需要单独设置一个辅助变压器对除车载电池以外的用电器件(如电池管理系统的IC芯片、整车控制系统的IC芯片等)提供对应的工作电压。由于用电设备内部的给电池供电的变压器与给除电池以外的用电器件供电的变压器相互独立设置，变压器之间没有共用电气元件，会使得变压器占用空间大，且所需变压器的电气元件数量多，导致生产成本高。

发明内容

本发明提供一种平板变压器，旨在解决现有技术存在用电设备内部的用于电池供电的变压器与用于除电池以外的用电器件供电的变压器相互独立设置，变压器占用空间大，且生产成本高的问题。

本发明是这样实现的，提供一种平板变压器，包括底座、分别设置于所述底座上的用于形成第一磁路的第一磁性组件、形成第二磁路的第二磁性组件、形成第三磁路的第三磁性组件、谐振电感绕组、原边绕组、副边绕组、滤波电感绕组以及输出绕组；

所述谐振电感绕组绕设于所述第一磁路；

所述原边绕组和所述副边绕组绕设于所述第二磁路，所述原边绕组、所述副边绕组及所述第二磁性组件组成主变压器，所述原边绕组与所述谐振电感绕组串联，所述副边绕组与所述滤波电感绕组串联并用于输出第一电压；

所述滤波电感绕组和所述输出绕组绕设于所述第三磁路，所述滤波电感绕组、所述输出绕组及所述第三磁性组件组成辅助变压器，所述输出绕组用于输出第二电压。

优选的，所述第二磁性组件包括相互分体设置的第一磁芯和第二磁芯，所述第二磁芯盖合于所述第一磁芯并与所述第一磁芯形成所述第二磁路，所述原边绕组和所述副边绕组设于所述第一磁芯和所述第二磁芯之间。

优选的，所述第一磁性组件包括第三磁芯，所述第一磁芯盖合于所述第三磁芯，所述第一磁芯与所述第三磁芯形成所述第一磁路。

优选的，所述第三磁性组件包括相互分体设置的第四磁芯和第五磁芯，所述第四磁芯和所述第五磁芯相互盖合并形成所述第三磁路，所述滤波电感绕组和所述输出绕组设于所述第四磁芯和所述第五磁芯之间。

优选的，所述平板变压器还包括电连接所述副边绕组和所述滤波电感绕组的汇流条，所述汇流条上开设有散热孔。

优选的，所述第二磁性组件和所述第三磁性组件相互间隔形成一散热通道，所述散热孔与所述散热通道正对设置。

优选的，所述底座贯穿有槽口，所述第一磁性组件、所述第二磁性组件以及所述第三磁性组件的底部同时穿过所述槽口并相对所述底座外露。

优选的，所述谐振电感绕组由多股三层绝缘线绕制而成。

优选的，所述原边绕组的数量为相互串接的两组，所述副边绕组的数量为相互串接的两组；每组所述原边绕组由多个线饼结构并联组成，每组所述副边绕组由多个薄铜片并联组成，且所述线饼结构与所述薄铜片交错叠放。

本发明还提供一种用电设备，包括上述的平板变压器。

本发明提供的平板变压器通过设置绕设于第三磁路的输出绕组，输出绕组和滤波电感绕组通过第三磁路耦合，输出绕组、滤波电感绕组及第三磁性组件组成辅助变压器，原边绕组、副边绕组及第二磁性组件组成主变压器。主变压器的副边绕组输出第一电压，以用于给用电设备内部的电池供电，辅助变压器的输出绕组输出第二电压，以用于给用电设备内部除电池以外的用电器件供电，从而将谐振电感绕组、主变压器、滤波电感绕组及辅助变压器集成设置于一体，使得应用该平板变压器的用电设备内部无需将用于电池供电的变压器以及用于除电池以外的用电器件供电的变压器分别单独设置。主变压器利用滤波电感绕组实现滤波功能，且滤波电感绕组作为辅助变压器的初级线圈，同时，第三磁性组件作为滤波电感绕组滤波用的磁路，同时作为辅助变压器的磁路，从而实现了滤波电感绕组以及第三磁性组件的共用，使该平板变压器高度集成化，减少了变压器的电气元件数量，有效降低生产成本，且减小了该平板变压器的体积，从而减小该平板变压器的占用空间。

附图说明

图1为本发明实施例提供的平板变压器的立体结构图；

图2为本发明实施例提供的平板变压器另一视角的立体结构图；

图3为本发明实施例提供的平板变压器的立体结构分解图；

图4为本发明实施例提供的平板变压器的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的平板变压器另一视角的结构示意图；

图6为沿图5中B-B线的剖面结构示意图；

图7为本发明实施例提供的平板变压器的电路原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供的平板变压器通过设置绕设于第三磁路的输出绕组，输出绕组和滤波电感绕组通过第三磁路耦合，输出绕组、滤波电感绕组及第三磁性组件组成辅助变压器，原边绕组、副边绕组及第二磁性组件组成主变压器。主变压器的副边绕组输出第一电压，以用于给用电设备内部的电池供电，辅助变压器的输出绕组输出第二电压，以用于给用电设备内部除电池以外的用电器件供电。主变压器利用滤波电感绕组实现滤波功能，且滤波电感绕组作为辅助变压器的初级线圈，第三磁性组件作为滤波电感绕组滤波用的磁路，同时作为辅助变压器的磁路，从而实现了滤波电感绕组以及第三磁性组件的共用，减少了变压器的电气元件数量，有效降低生产成本，且减小了该平板变压器的体积，从而减小该平板变压器的占用空间。

请参照图1-图5，本发明实施例提供一种平板变压器，包括底座10、分别设置于底座10上的用于形成第一磁路的第一磁性组件11、形成第二磁路的第二磁性组件12、形成第三磁路的第三磁性组件13、谐振电感绕组L1、原边绕组N1、副边绕组N2、滤波电感绕组L2以及输出绕组N3。

结合参照图5-图7，谐振电感绕组L1绕设于第一磁路；原边绕组N1和副边绕组N2绕设于第二磁路，原边绕组N1、副边绕组N2及第二磁性组件12组成主变压器T1，原边绕组N1与谐振电感绕组L1相连，副边绕组N2与滤波电感绕组L2相连并用于输出第一电压；滤波电感绕组L2和输出绕组N3绕设于第三磁路，滤波电感绕组L2、输出绕组N3及第三磁性组件13组成辅助变压器T2，输出绕组N3用于输出第二电压。

本发明实施例中，通过将滤波电感绕组L2、输出绕组N3及第三磁性组件13组成的辅助变压器T2与原边绕组N1、副边绕组N2及第二磁性组件12组成的主变压器T1同时设置在同一底座10上，并将谐振电感绕组L1和滤波电感绕组L2同时设置于底座10上，主变压器T1的副边绕组N2输出第一电压，以用于给用电设备内部的电池供电，辅助变压器T2的输出绕组N3输出第二电压，以用于给用电设备内部除电池以外的用电器件供电，辅助变压器T2、主变压器T1、谐振电感绕组L1以及滤波电感绕组L2集成设置于一体，无需将主变压器T1和辅助变压器T2分体设置，减小了变压器的占用空间。其中，第一电压和第二电压的具体电压值根据需要进行设置，在此不作限定。

本发明实施例中，滤波电感绕组L2实现主变压器T1的滤波功能的同时，滤波电感绕组L2同时作为辅助变压器T2的初级线圈，实现了滤波电感绕组L2的一件多用功能；而且，第三磁性组件13一方面作为滤波电感绕组L2滤波用的磁路，同时作为辅助变压器T2的磁路，同样实现了第三磁性组件13的一件多用功能，实现了滤波电感绕组L2以及第三磁性组件13的共用，使得变压器之间电气元件共用，从而使该平板变压器高度集成化，减少了变压器的电气元件数量，有效降低生产成本，且减小了该平板变压器的体积，进而减小该平板变压器的占用空间。

本发明实施例中，输出绕组N3通过第三磁路与滤波电感绕组L2耦合，使得输出绕组N3可以输出满足用电器件的工作电压的需求；而且，无需单独设置给用电器件供电的变压器，将给用电器件供电的辅助变压器T2与主变压器T1集成设置于一体，大大减小了变压器的占用空间，且输出绕组N3与滤波电感绕组L2共用一个磁路，实现高度磁集成，大大降低了生产成本。

作为本发明的一个实施例，第二磁性组件12包括相互分体设置的第一磁芯121和第二磁芯122，第二磁芯122盖合于第一磁芯121并与第一磁芯121形成第二磁路，原边绕组N1和副边绕组N2设于第一磁芯121和第二磁芯122之间。

本实施例中，第一磁芯121和第二磁芯122分别设有第一磁柱123，第一磁芯121上的第一磁柱123与第二磁芯122上的第一磁柱123相抵接。第二磁路沿第一磁柱123的方向分布，原边绕组N1和副边绕组N2同时套设于第一磁芯121及第二磁芯122的第一磁柱123上。通过将第二磁性组件12设置成包括相互分体设置的第一磁芯121和第二磁芯122，便于组装。

作为本发明的一个实施例，第一磁性组件11包括第三磁芯111，第一磁芯121盖合于第三磁芯111，第一磁芯121与第三磁芯111形成第一磁路。

本实施例中，第一磁芯121的一侧壁与第三磁芯111抵接，第三磁芯111与第一磁芯121的侧壁形成第一磁路，充分利用第一磁芯121的侧壁，第三磁芯111和第二磁芯122共用第一磁芯121，减少了磁芯的数量，进一步减小了该平板变压器的体积，且降低了生产成本。除此实施例外，第一磁性组件11也可以设置成两个磁芯，两个磁芯相互盖合形成第一磁路。

本实施例中，第三磁芯111内设有第二磁柱112，第二磁柱112与第一磁芯121的侧壁抵接。第一磁路沿第三磁芯111上的第二磁柱112方向分布，谐振电感绕组L1绕设于第三磁芯111的第二磁柱112。

作为本发明的一个实施例，第三磁性组件13包括相互分体设置的第四磁芯131和第五磁芯132，第四磁芯131和第五磁芯132相互盖合并形成第三磁路，滤波电感绕组L2和输出绕组N3设于第四磁芯131和第五磁芯132之间。

本实施例中，第四磁芯131和第五磁芯132分别设有第三磁柱133，第四磁芯131上的第三磁柱133与第五磁芯132上的第三磁柱133相抵接。第三磁路沿第三磁柱133的方向分布，滤波电感绕组L2和输出绕组N3绕设于第四磁芯131和第五磁芯132的第三磁柱133上。

作为本发明的一个实施例，谐振电感绕组L1由多股三层绝缘线绕制而成。由于谐振电感绕组L1使用多股三层绝缘线绕制而成，既满足安规设计要求，且可以减少趋肤效应对该平板变压器工作效率的影响。

其中，谐振电感绕组L1安装在第一磁芯121和第三磁芯111之间，且谐振电感绕组L1与第一磁芯121之间以及谐振电感绕组L1与第三磁芯111之间设置有绝缘片15，以提高绝缘性能。

作为本发明的一个实施例，原边绕组N1的数量为相互串接的两组；副边绕组N2的数量为相互串接的两组；每组原边绕组N1由多个线饼结构并联组成，每组副边绕组N2由多个薄铜片并联组成，且线饼结构与薄铜片交错叠放。其中，每个线饼结构由多股三层绝缘线绕制而成。

本实施例中，两组原边绕组N1通过连接端子2串接。通过采用多个线饼结构与薄铜片交错叠放，可以极大地增大薄铜片在磁芯窗口的窗占比例，从而可大幅降低该平板变压器的尺寸；多个线饼结构的引线并联，组成主变压器T1的原边绕组N1，可以获得极小的漏电感。而且，由于原边绕组N1使用多股三层绝缘线绕制而成，可以减少趋肤效应对该平板变压器工作效率的影响。其中，原边绕组N1的线饼结构与副边绕组N2的薄铜片之间设置有绝缘片15，以增强绝缘性能。

本实施例中，副边绕组N2使用多组薄铜片并联，制作副边绕组N2的薄铜片采用较大的宽厚比结构，有效减小趋肤效应影响，同时可以满足大电流工作条件。实际应用时，加大薄铜片的外露部分的面积，利于薄铜片散热，可以将该平板变压器内部的热量带到产品表面，有利于风冷散热。

本发明实施例中，副边绕组N2连接有两副边引脚16，一副边引脚16的末端延伸形成输出端子8，另一副边引脚16的末端延伸形成输出端子9。

本发明实施例中，滤波电感绕组L2由多组薄铜片并联组成，输出绕组N3由多组扁平漆包铜线并联而成，可以满足大电流输出要求。滤波电感绕组L2的薄铜片与输出绕组N3的扁平漆包铜线之间设置有绝缘片15。滤波电感绕组L2的多组薄铜片通过输出端子7相连接。

再次参照图2和图6，作为本发明的一个实施例，平板变压器包括电连接副边绕组N2和滤波电感的汇流条A，汇流条A上开设有散热孔A1。其中，汇流条A同时穿过副边绕组N2，使得汇流条A起到连接两组副边绕组N2的作用，同时起到连接副边绕组N2和滤波电感绕组L2的作用。

其中，汇流条A采用铜片制作，通过在汇流条A上开设有散热孔A1，起到散热作用，以使变压器产生的热量及时散失。

作为本发明的一个实施例，第二磁性组件12和第三磁性组件13相互间隔形成一散热通道14，散热孔A1与散热通道14正对设置。具体的，第二磁芯122与第四磁芯131相互间隔设置形成散热通道14。

本实施例中，由于将第二磁性组件12和第三磁性组件13相互间隔形成一散热通道14，并将散热孔A1与散热通道14正对设置，这样通过散热孔A1散失的热量可以及时从散热通道14散失，防止阻塞散热风道，使风冷系统更容易带走变压器本身产生的热量。

再次参照图3和图4，作为本发明的一个实施例，底座10贯穿有槽口101，第一磁性组件11、第二磁性组件12以及第三磁性组件13的底部同时穿过槽口101并相对底座10外露。

本实施例中，底座10呈下沉式结构，由于在底座10开设槽口101，并将第一磁性组件11、第二磁性组件12以及第三磁性组件13的底部同时穿过槽口101，使第一磁性组件11、第二磁性组件12以及第三磁性组件13的表面相对底座10外露，一方面可以降低该平板变压器的整体高度，减小其占用空间；同时，在满足爬电距离的前提下，将第一磁性组件11、第二磁性组件12以及第三磁性组件13外露，便于利用第一磁性组件11、第二磁性组件12以及第三磁性组件13表面散热，且方便在第一磁性组件11、第二磁性组件12以及第三磁性组件13表面贴散热片以进行辅助散热。

请参照图7，本发明提供的平板变压器在工作时，从输入端子1和输入端子3向输入主变压器T1的原边绕组N1输入交变电压，主变压器T1的副边绕组N2会产生相应的感应电压，从而副边绕组N2可以输出给电池供电的第一电压，副边绕组N2产生的第一电压通过滤波电感绕组L2进行滤波处理，且输出端子8、输出端子9以及输出端子7分别接入外界的全波整流电路，经过全波整流电路整流后输出给用电设备内部的电池进行充电。同时，滤波电感绕组L2与输出绕组N3通过第三磁路耦合形成辅助变压器T2，滤波电感绕组L2作为辅助变压器T2的初级线圈，输出绕组N3作为辅助变压器T2的次级线圈，利用变压器的工作原理，输出绕组N3产生可以给除电池以外的用电器件供电的第二电压，并从输出端子4和输出端子5输出第二电压以给除电池之外的用电器件供电。

本发明实施例还提供一种用电设备，包括上述实施例的平板变压器、电池以及用电器件。该平板变压器的主变压器T1的副边绕组N2用于给用电设备的电池输入第一电压，以用于给用电设备内部的电池充电。辅助变压器T2的输出绕组N3用于给用电设备内部的用电器件供电。如用电设备为电动汽车，主变压器T1的副边绕组N2给车载电池提供第一电压进行充电，辅助变压器T2的输出绕组N3输出第二电压给电池管理系统的IC芯片、整车控制系统的IC芯片等用电器件提供工作电压。

本发明实施例的用电设备通过设置上述平板变压器，平板变压器通过将辅助变压器T2、主变压器T1、谐振电感绕组L1以及滤波电感绕组L2集成设置于一体，从而用电设备内部无需分别单独设置多个变压器，变压器与变压器之间可共用电气元件，减少了变压器的电气元件数量，有效降低生产成本，减小了平板变压器的体积，从而减小该平板变压器的占用空间，有利于提高用电设备的空间利用率。

本发明实施例提供的平板变压器通过设置绕设于第三磁路的输出绕组，输出绕组和滤波电感绕组通过第三磁路耦合，输出绕组、滤波电感绕组及第三磁性组件组成辅助变压器，原边绕组、副边绕组及第二磁性组件组成主变压器。主变压器的副边绕组输出第一电压，以用于给用电设备内部的电池供电，辅助变压器的输出绕组输出第二电压，以用于给用电设备内部除电池以外的用电器件供电，从而将谐振电感绕组、主变压器、滤波电感绕组及辅助变压器集成设置于一体，使得应用该平板变压器的用电设备内部无需将用于电池供电的变压器以及用于除电池以外的用电器件供电的变压器分别单独设置。主变压器利用滤波电感绕组实现滤波功能，且滤波电感绕组作为辅助变压器的初级线圈，同时，第三磁性组件作为滤波电感绕组滤波用的磁路，同时作为辅助变压器的磁路，从而实现了滤波电感绕组以及第三磁性组件的共用，使该平板变压器高度集成化，减少了变压器的电气元件数量，有效降低生产成本，且减小了该平板变压器的体积，从而减小该平板变压器的占用空间。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种平板变压器，其特征在于，包括底座、分别设置于所述底座上的用于形成第一磁路的第一磁性组件、形成第二磁路的第二磁性组件、形成第三磁路的第三磁性组件、谐振电感绕组、原边绕组、副边绕组、滤波电感绕组以及输出绕组；

所述谐振电感绕组绕设于所述第一磁路；

所述原边绕组和所述副边绕组绕设于所述第二磁路，所述原边绕组、所述副边绕组及所述第二磁性组件组成主变压器，所述原边绕组与所述谐振电感绕组串联，所述副边绕组与所述滤波电感绕组串联并用于输出第一电压；

所述滤波电感绕组和所述输出绕组绕设于所述第三磁路，所述滤波电感绕组、所述输出绕组及所述第三磁性组件组成辅助变压器，所述输出绕组用于输出第二电压。

2.根据权利要求1所述的平板变压器，其特征在于，所述第二磁性组件包括相互分体设置的第一磁芯和第二磁芯，所述第二磁芯盖合于所述第一磁芯并与所述第一磁芯形成所述第二磁路，所述原边绕组和所述副边绕组设于所述第一磁芯和所述第二磁芯之间。

3.根据权利要求2所述的平板变压器，其特征在于，所述第一磁性组件包括第三磁芯，所述第一磁芯盖合于所述第三磁芯，所述第一磁芯与所述第三磁芯形成所述第一磁路。

4.根据权利要求1所述的平板变压器，其特征在于，所述第三磁性组件包括相互分体设置的第四磁芯和第五磁芯，所述第四磁芯和所述第五磁芯相互盖合并形成所述第三磁路，所述滤波电感绕组和所述输出绕组设于所述第四磁芯和所述第五磁芯之间。

5.根据权利要求1所述的平板变压器，其特征在于，所述平板变压器还包括电连接所述副边绕组和所述滤波电感绕组的汇流条，所述汇流条上开设有散热孔。

6.根据权利要求5所述的平板变压器，其特征在于，所述第二磁性组件和所述第三磁性组件相互间隔形成一散热通道，所述散热孔与所述散热通道正对设置。

7.根据权利要求1所述的平板变压器，其特征在于，所述底座贯穿有槽口，所述第一磁性组件、所述第二磁性组件以及所述第三磁性组件的底部同时穿过所述槽口并相对所述底座外露。

8.根据权利要求1所述的平板变压器，其特征在于，所述谐振电感绕组由多股三层绝缘线绕制而成。

9.根据权利要求1所述的平板变压器，其特征在于，所述原边绕组的数量为相互串接的两组，所述副边绕组的数量为相互串接的两组；每组所述原边绕组由多个线饼结构并联组成，每组所述副边绕组由多个薄铜片并联组成，且所述线饼结构与所述薄铜片交错叠放。

10.一种用电设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的平板变压器。

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